(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
両端にメタリコン電極を設けた複数のコンデンサ素子と、そのコンデンサ素子をそれぞれ収容した両端が開放した筒状ケースと、前記コンデンサ素子を収容した筒状ケースを並列にならべ、それらを並列に接続した外部引出端子と、前記筒状ケースの両端部分が一括して覆うようにふたをした一対の凹状端子カバーと、その凹状端子カバーの内側または前記筒状ケース内を充填した絶縁樹脂と、を有するフィルムコンデンサにあって、前記筒状ケースの端部側面の少なくとも片側に、前記絶縁樹脂で充填される切り欠き部または貫通穴を設けるフィルムコンデンサ。
【請求項２】
前記切り欠き部または貫通穴は、前記筒状ケースの長さ方向の中心側に向かって間口が狭くなっている請求項１のフィルムコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルムコンデンサに関するものである。特に、複数のコンデンサ素子を使用したフィルムコンデンサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
フィルムコンデンサは、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＳ（ポリスチレン）等の誘電体フィルムに、アルミニウムや亜鉛を蒸着して電極を形成し、これを積層または捲回してコンデンサ素子を構成するか、アルミニウム箔電極をフィルムとともに積層または捲回してコンデンサ素子を構成していた。蒸着金属の場合、こうしてできたコンデンサ素子の両端に、金属の溶射によって形成されるメタリコン電極を施し、このメタリコン電極にリード線を溶接又はハンダ付し、リード線の先端に端子金具を取付けて容器に収納し、容器内に絶縁性樹脂を注入し、コンデンサ素子やリード線部分に絶縁性樹脂を充填していた。
また、車両、圧延機、直流送電等の産業機器や力率改善等に用いられる大容量のフィルムコンデンサは、複数個のコンデンサ素子を使用し、これらのコンデンサ素子の端面部のメタリコン電極を外部引出端子で並列接続し、上面が開放面のある容器内に収容後、容器内を絶縁性樹脂で充填していた。
【０００３】
また、上記の容器をなくし、容器内に充填する絶縁性樹脂を減らすことで小型軽量を得るために、特許文献１には、コンデンサ素子の側面外周部に絶縁性の粘着樹脂テープを巻いたりまたは熱収縮樹脂チューブを被せたりした後、並列にならべ、外部引出端子で並列に接続後、一対の凹状端子カバーでコンデンサ素子の両端部がまとめて隠れるように、凹状端子カバーの内側を絶縁樹脂で充填し、また、一対の凹状端子カバー間の間隔を保つために、その凹状端子カバーの両端部に一対の絶縁板を配設して支柱としたフィルムコンデンサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７６９６６公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
複数のコンデンサ素子を有する大容量のコンデンサを小型軽量に製造するために、特許文献１のようなコンデンサ素子の側面外周部に絶縁性の粘着樹脂テープを巻いたり、または熱収縮樹脂チューブを設けたりする構造にすると、高温と低温とで使用する環境により、コンデンサ素子に膨張収縮がおこり、粘着樹脂テープがずれて粘着力が低下し、そのため耐湿性が低下しやすくなる。また、熱収縮樹脂チューブの場合は、耐湿性を向上させるために、熱収縮樹脂チューブの肉厚を厚くすると、熱収縮によりコンデンサ素子を必要以上に締め付ける場合があり、コンデンサ素子内の電極間隔が圧迫縮小したり、場合によっては巻き折れが発生したりして耐絶縁性が悪化する場合が生ずる。
また、特許文献１のように、一対の凹状端子カバー間の間隔保持するために、その凹状端子カバーの両端部に一対の絶縁板を配設して支柱とした場合、コンデンサとして両端部に支柱があるだけなので、強度的に構造上の制約を受けやすく、大型化が困難になりやすい。
【０００６】
そこで、コンデンサ素子の側面外周部に絶縁性の粘着樹脂テープを巻いたりまたは熱収縮樹脂チューブを設けたりする構造にする代わりに、両端にメタリコン電極を設けた複数のコンデンサ素子を、両端が開放した筒状ケースにそれぞれ収容して並列にならべ、外部引出端子で並列に接続し、筒状ケースの両端部分が一括して覆うように一対の凹状端子カバーでふたをし、凹状端子カバーの内側または筒状ケース内を絶縁樹脂で充填する方法が考えられる。その場合、コンデンサ素子と筒状ケースと凹状端子カバーの内側との間に空間が存在するため、この空間に絶縁樹脂を注入するのは、このふた構造のため困難になりやすい。
そこで、複数のコンデンサ素子を有する大容量のコンデンサを小型軽量にして提供するにあたって、このふた構造を改良し、耐湿性、耐絶縁性および強度に優れたフィルムコンデンサを提供ことを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記の課題を解決するために、下記のフィルムコンデンサを提供するものである。
（１）両端にメタリコン電極を設けた複数のコンデンサ素子と、そのコンデンサ素子をそれぞれ収容した両端が開放した筒状ケースと、前記コンデンサ素子を収容した筒状ケースを並列にならべ、それらを並列に接続した外部引出端子と、前記筒状ケースの両端部分が一括して覆うようにふたをした一対の凹状端子カバーと、その凹状端子カバーの内側または前記筒状ケース内を充填した絶縁樹脂と、を有するフィルムコンデンサにあって、前記筒状ケースの端部側面の少なくとも片側に、前記絶縁樹脂で充填される切り欠き部または貫通穴を設けるフィルムコンデンサ。
（２）前記切り欠き部または貫通穴は、前記筒状ケースの長さ方向の中心側に向かって間口が狭くなっている請求項１のフィルムコンデンサ。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の構造により、複数のコンデンサ素子を有する大容量のコンデンサを小型軽量にして提供するにあたって、耐湿性、耐絶縁性および強度に優れたフィルムコンデンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態を示すコンデンサの幅方向の断面図とその筒状ケースの斜視図を示している。
【図２】本発明の実施の形態を示すコンデンサの別の筒状ケースを示している。
【図３】本発明の製造方法の例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明に述べるコンデンサ素子は、ＰＰ（ポリプロピレン）やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＳ（ポリスチレン）等の誘電体フィルムの表面に金属蒸着電極を設けた一組の金属化フィルムを、金属面が重ならないよう互い違いに２枚重ねて捲回し、捲回した両端部に亜鉛などの金属の溶射などの方法によりメタリコン電極を形成したものである。
メタリコン電極は、一般的にフィルムコンデンサに使用しているものが使用でき、銅、亜鉛、アルミニウム、錫、半田等の金属または合金からなり、溶射によって形成されたものである。場合によっては、メタリコン電極の表面にメッキを施してもよい。
また、誘電体の片面に金属化蒸着電極を形成した金属化フィルムを２枚重ねて捲回したコンデンサ素子とするほか、これに限定されるものではなく、両面に金属蒸着電極を形成した金属化フィルムと、金属蒸着電極を形成していない誘電体フィルムとを重ねて捲回して作製したコンデンサ素子でもよい。
【００１１】
本発明に述べる筒状ケースは、両端が開放した筒状体で、内部にコンデンサ素子を収容し、それを耐候性的にそして強度的に保護するもので、筒状ケースの端部側面の少なくとも片側に、下記に示す絶縁樹脂で充填される切り欠き部または貫通穴を設けたものである。
また、収容するコンデンサの素子は、メタリコン電極を設けた両端が筒状ケースの開放端となるように収容する。収容後の筒状ケースとコンデンサの素子との隙間は熱移動の点では狭いほど好ましい。
【００１２】
筒状ケースの材質としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＰＯ（ポリフェニルオキサイド）等の樹脂成形品、またはポリ塩化ビニル、ポリカーボネートなどの真空樹脂成形品、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属、または樹脂と金属との積層体などである。これに拘らなくてもよい。ただ、樹脂／樹脂界面の密着性は金属／樹脂界面の密着性より大きい場合が多く、その点で材質としては樹脂成形品が好ましい。また、樹脂成形品の場合はガラス繊維などの充填材で補強していてもよい。樹脂と金属との積層体や金属の場合は、金属部分がメタリコン電極や外部引出端子と接触しない構造にする必要がある。肉厚は、樹脂主体の場合、０．３ｍｍから１０ｍｍ、好ましくは１ｍｍから５ｍｍ程度、金属主体の場合、０．２ｍｍから５ｍｍ、好ましくは０．３ｍｍから３ｍｍ程度で、薄いと耐候性または強度が悪化する。厚いとコンデンサ素子の放熱性・冷却性または小型軽量性が悪化する。
また、放熱性・冷却性を向上させるために、外部表面に凹凸加工を設けてもよいし、外部表面に放熱性のよい材質を設けてもよい。放熱性のよい材質としては、伝導タイプより放射タイプが好ましい。
【００１３】
また、筒状ケースに設けた切り欠き部または貫通穴は、下記に示す絶縁樹脂を通すため手段で、筒状ケースの端部側面に設けたものである。形状は、切り欠きまたは貫通穴等からなり、下記に示す凹状端子カバー内側を充填する絶縁性樹脂で隠れるようにする。そうすることにより、絶縁樹脂導入口内にも絶縁性樹脂が充填される。切り欠き部または貫通穴の数は、筒状ケースの強度が減少しない程度に多いほど絶縁性樹脂が筒状ケース内に侵入しやすくなり好ましい。
また、切り欠き部の幅または貫通穴の径は、１ｍｍから２０ｍｍ程度と筒状ケースの直径に合わせて増減させる。
また、切り欠き部または貫通穴の形状は、筒状ケースの長さ方向の中央部に向かって間口が狭くするのが好ましい。そうすることにより、絶縁性樹脂で凹状端子カバー内側を充填する時、初め、筒状ケース内の空隙部分に充填速度が速くでき、また、筒状ケースの長さ方向の中心側に向かって間口が狭くなっているので、絶縁樹脂を充填後、高湿度環境での充填表面から侵入してくる水分をブロックしやすい。
【００１４】
本発明に述べる凹状端子カバーは、コンデンサ素子を収容した筒状ケースの端部が隠れるように、両方からふたをするもので、複数のコンデンサ素子をそれぞれ収容した筒状ケースを並列にならべ、外部引出端子で並列に接続し、筒状ケースの両端部分のそれぞれが一括してまとめて隠れるように、両方からふたをする。
材質としては、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、ＰＰＯ（ポリフェニルオキサイド）等の樹脂成形品、またはポリ塩化ビニル、ポリカーボネートなどの真空樹脂成形品アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属、または樹脂と金属との積層体などである。これに拘らなくてもよい。また、ガラス繊維などの充填材で補強してもよい。樹脂と金属との積層体や金属の場合は、金属部分がメタリコン電極や外部引出端子と接触しない構造にする必要がある。
【００１５】
本発明に述べる外部引出端子は、一端でコンデンサ素子のメタリコン電極間を接続し、他端でコンデンサの外部と接続するもので、金属の箔、薄板、または線など変形可能で、はんだ接続、溶接、圧接が可能なものなどが限定なく使用できる。
薄板の場合、どの方向へも曲げられる線状のリード線に比べて、箔状の金属板では厚み方向には曲がりやすいが、幅方向には変形しにくく、曲げた状態での位置固定が容易であり、したがって外部引出端子がふらつくことがなく、異なる電位の外部引出端子がクロスするようなことがない。また、許容電流値自体がリード線端子より、箔状端子の方が高いことも挙げられる。さらに、断面が丸状のリード線とは異なり、箔状の金属板では厚みが薄いため、はんだ付け部の厚みが低減でき、コンデンサの小型化に有利であるという特徴も有している。
【００１６】
本発明に述べる絶縁樹脂は、凹状端子カバーの内側または筒状ケース内側を充填するための絶縁性の樹脂で、絶縁性のエポキシ、ウレタン、シリコン樹脂等が挙げられるが、これに拘らなくてもよい。また、上記樹脂にフィラー等を混ぜたものも好ましい。フィラーとしては、珪素、チタン、アルミニウム、カルシウム、ジルコニウム、マグネシウム等の水酸化物、酸化物、炭化物、窒化物、これらの複合物などが使用できる。必要があれば、難燃剤、酸化防止剤を添加してもよい。特に放熱性が大きい方が好ましい。
絶縁樹脂の充填具合は、凹状端子カバーの内側または前記筒状ケース内を充填する。凹状端子カバーの内側を充填する場合は、凹状端子カバーの内側の充填面と同じ程度の充填面までの筒状ケース内の空隙部分も含む。また、筒状ケース内を充填する場合は、その筒状ケース内の空隙部分を絶縁樹脂で全て充填する場合も含む。
また、それに伴ってメタリコン電極部分とその近傍の外部引出端子部分とが絶縁樹脂で被覆されるのが好ましい。
【００１７】
筒状ケースの固定方法は、凹状端子カバーに、筒状ケースの寸法の外周に沿って凸部を設け密着する方法、もしくは筒状ケースの外形寸法に沿って凹溝を設けはめ込む方法などの固定手段が挙げられる。
また、筒状ケースが凹状端子カバーに直接接触しなくとも、凹状端子カバーの内側またはそれに加えて筒状ケース内に絶縁樹脂を充填することにより筒状ケースおよび内部に収容したコンデンサ素子を固定することができる。また、筒状ケースの端部外側面に鍔部を設けるとくさび状となり、より強度に筒状ケースを充填された絶縁樹脂に固定することができる。また、この鍔部により、筒状ケースの肉厚が厚くなるので、凹状端子カバー側からネジ止めも可能となる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施の形態を示すコンデンサの幅方向の断面図とその筒状ケースの斜視図を示している。左図は、コンデンサの断面図を、右図は、そのコンデンサの筒状ケースを抜き出し、長さ軸方向に９０度回転させた斜視図を示している。また、図１（ａ）は、筒状ケース３の端部に切り欠き部８を設け、図１（ｂ）は、筒状ケース３の端部に貫通穴９を設ける場合を示している。
図１では、両端にメタリコン電極１を設けたコンデンサ素子２を両端が開放した筒状ケース３に、メタリコン電極１がその開放した両端で露出するように収容されている。
また、メタリコン電極１は、上下別々に外部引出端子４により接続されていている。
この外部引出端子４は、筒状ケース３の端部側面にへこみ部５設け、筒状ケースから外部に導出しやすいようにしている。
図１では、図示を省略しているが、奥側と手前側に、同じようにコンデンサ素子と筒状ケースの組を並列にならべ、上下別々に外部引出端子４により接続され、上下ごとにまとめられている。
また、筒状ケース３の上下開放端は、一括して一対の凹状端子カバー６で、凹部側が内側を向くようにふたをし、凹状端子カバー６の内側は、絶縁樹脂７で充填されている。
図１では、筒状ケース内部の絶縁樹脂７の充填部分は、凹状端子カバー６の内側で、凹状端子カバー６の内側の充填面と同じ程度の充填面までの筒状ケース３内空隙部分とを充填しているが、筒状ケース３内のコンデンサ素子と筒状ケース３との隙間部分も全て充填したほうが耐湿性や強度の点で好ましい。
また、図１（ａ）では、筒状ケース３の下側の端部に切り欠き部８を、図１（ｂ）では、筒状ケース３の下側の端部側面に貫通穴９を設ける。切り欠き部８または貫通穴９により容易に絶縁樹脂７が筒状ケース３内部に充填する。
【００２０】
なお、先に樹脂充填する凹状端子カバー６ａ側は、筒状ケースの片方が開放されているので、筒状ケースの構造に切り欠き部や貫通穴を必ずしも設けなくてもよい。しかしながら、その凹状端子カバー６ａ側を樹脂充填で熱硬化させた後１８０度反転させ、もう一方の凹状端子カバー６ｂで筒状ケースにふたをすると、筒状ケース内は密閉状態になってしまうので、内部空気と絶縁樹脂の入れ替えが容易ではなくなってしまう。その際には筒状ケースに設けた切り欠き部や貫通穴が密閉空間内の排気と、絶縁樹脂注入の通路として役割を担う。そのため、後から樹脂充填する凹状端子カバー６ｂ側は、真空注入が好ましい。
【００２１】
図２は、本発明の実施の形態を示すコンデンサの別の筒状ケースを示している。図２（ａ）は、断面が三角形の切り欠き部３を設け、図２（ｂ）は、断面が径の異なる円がダブった貫通穴９を設けた筒状ケース３を示している。図１（ａ）の場合のように、切り欠き部８が長方体の場合、型による切断加工であるが、図２（ａ）の場合のように、三角形の切り欠き部８では、刃物による切削加工また、貫通穴９では、ドリル加工ができ、寸法変化に容易に対応できる。
また、いずれも、筒状ケース３の端部に設ける切り欠き部８または貫通穴９は、筒状ケースの長さ方向の中心部に向かって間口が狭くなっている。
この構造により、絶縁樹脂が、筒状ケースの長さ方向の端部に向かって間口が広くなっているので、筒状ケース内空隙部分に初期充填速度が速く、筒状ケースの長さ方向の中央部に向かって間口が狭くなっているので、絶縁樹脂を充填後、高湿度環境において、充填表面から侵入してくる水分をブロックしやすい。
【００２２】
図３は、本発明の製造方法の一例を示している。
まず、図３（ａ）に示すように、両端にメタリコン電極１を設けたコンデンサ素子２を３コ、横に並列にならべる。
次に、図３（ｂ）に示すように、両端が開放した筒状ケース３の両端にそれぞれ切り欠き部８ａ、８ｂを設ける。次に、それぞれのコンデンサ素子２を、筒状ケース３に、メタリコン電極１がその開放した両端で露出するようにそれぞれ収容する。次に、メタリコン電極１を、上下別々に外部引出端子４ａ、４ｂにより並列に接続する。
次に、図３（ｃ）に示すように、筒状ケース３の下側開放端を、一括して凹状端子カバー６ａで、凹部側が内側を向くようにふたをする。
次に、凹状端子カバー６ａの内側を、切り欠き部８ａが隠れるように絶縁樹脂で充填し、絶縁樹脂を硬化する。次に、凹状端子カバー６ａが上側になるように１８０度回転させる。
次に、図３（ｄ）に示すように、筒状ケース３の下側開放端を、一括して凹状端子カバー６ｂで、凹部側が内側を向くようにふたをする。
次に、凹状端子カバー６ｂの内側を、切り欠き部８ｂが隠れるように絶縁樹脂で充填し、絶縁樹脂を硬化する。
【実施例１】
【００２３】
定格電圧１１００Ｖで静電容量１６００μＦのコンデンサを作製した。
コンデンサ素子は、厚さ５μｍのポリプロピレンフィルムの誘電体フィルムの表面に、金属蒸着電極を設けた片面金属化フィルムと、それと同様な金属化フィルムを金属面が重ならないよう互い違いに２枚重ねて直径が１００．５ｍｍになるように捲回し、捲回した両端部に亜鉛金属の溶射により厚み０．６ｍｍメタリコン電極を形成した。
次に、両端が開放したポリフェニルオキサイド製の内径１０２ｍｍ、厚さ２ｍｍ筒状ケースを用意し、その両端部４カ所にそれぞれ切り欠き部を、底辺幅１０ｍｍ、高さ１０ｍｍの断面が三角形に加工する。
次に、同形のコンデンサ素子を３コ、横に並列にならべ、それぞれのコンデンサ素子を、前記の筒状ケースに、メタリコン電極がその開放した両端で露出するようにそれぞれ収容した。次に、メタリコン電極は、上下別々に厚さ２００μｍ、幅２９ｍｍの銅箔に錫めっきした外部引出端子により並列に接続した。次に、筒状ケースの下側開放端を、一括してポリフェニレンエーテル製の厚さ３．５ｍｍ、深さ２１．５ｍｍの凹状端子カバーで、凹部側が内側を向くようにふたをする。次に、凹状端子カバーの内側を、切り欠き部が隠れるように絶縁性のウレタン樹脂で充填し、樹脂を熱硬化した。次に、凹状端子カバーが上側になるように１８０度回転させる。次に、筒状ケース３の下側開放端を、一括して凹状端子カバーで、凹部側が内側を向くようにふたをする。次に、凹状端子カバーの内側を、切り欠き部が隠れるように絶縁性のウレタン樹脂で充填し、樹脂を熱硬化する。絶縁樹脂の充填では、真空脱泡、真空注入処理を行った。
【実施例２】
【００２４】
凹状端子カバーの内側を、絶縁性のウレタン樹脂で充填し、樹脂を硬化後、筒状ケース内に同じ絶縁性のウレタン樹脂でフル充填し、樹脂を硬化する以外実施例１と同様に行った。
【符号の説明】
【００２５】
１…メタリコン電極、２…コンデンサ素子、３…筒状ケース、４、４ａ、４ｂ…外部引出端子、５…へこみ部、６、６ａ、６ｂ…凹状端子カバー、７…絶縁樹脂、８、８ａ、８ｂ…切り欠き部、９…貫通穴
【図１】
0005653242.tif 000002
【図２】
0005653242.tif 000003
【図３】
0005653242.tif 000004